[go: up one dir, main page]

RU2705131C1 - Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation - Google Patents

Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2705131C1
RU2705131C1 RU2019104655A RU2019104655A RU2705131C1 RU 2705131 C1 RU2705131 C1 RU 2705131C1 RU 2019104655 A RU2019104655 A RU 2019104655A RU 2019104655 A RU2019104655 A RU 2019104655A RU 2705131 C1 RU2705131 C1 RU 2705131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gasification
fuel
plasma
stage
vortex channel
Prior art date
Application number
RU2019104655A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сукхо Сунг
Сангхонг Ли
Мюнгжин Чой
Сангок Ли
Мин Жэ Ли
Олег Владимирович Наговицын
Алексей Алексеевич Рубцов
Вон Дя Ю
Original Assignee
Сангок Ли
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сангок Ли filed Critical Сангок Ли
Priority to RU2019104655A priority Critical patent/RU2705131C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2705131C1 publication Critical patent/RU2705131C1/en
Priority to KR1020200014163A priority patent/KR102233238B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06Continuous processes
    • C10J3/18Continuous processes using electricity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903Feed preparation
    • C10J2300/0906Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093Coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093Coal
    • C10J2300/0936Coal fines for producing producer gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/12Heating the gasifier
    • C10J2300/123Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
    • C10J2300/1238Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1671Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in solid fuel combustion. Device for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action includes fuel crushing unit, vortex channel, nozzle for fuel supply and plasmatrons, interconnected units of the first and the second gasification stages, made with provision of serial flow of fuel and plasma flow from the unit of the first stage to the unit of the second stage. Fuel crushing unit is made in form of hydraulic percussion unit of wet grinding and comprises closed volume with moving and fixed impact surfaces, channels for solid fuel loading and water supply to closed volume, and also pump for fuel supply in the form of water emulsion from crushing unit to unit of the first stage of gasification, plasmatrons of gasification units are steam plasmotrons with a conical interelectrode chamber and are made with supply of synthesis gas CH4 and steam with possibility of adjusting temperature and flow rate of plasma, unit of first stage of gasification is made in form of vortex channel, in which a fuel supply nozzle in the form of an aqueous emulsion is installed, which is arranged to provide fuel supply along a tangent to the vortex channel cross section from top to bottom, and in the zone of the opposite quadrant of the circle circumference of the vortex channel there is a plasmatron provided with supply of the plasma jet at a tangent to the vortex channel cross section from below upwards, second plasmatron is located at end of vortex channel to feed plasma jet along vortex channel, unit of second stage of gasification is located below unit of first stage of gasification and equipped with two plasmatrons.
EFFECT: technical result of invention is to ensure homogeneity of propellant mixture before feeding into gasification chamber without the need for its mechanical activation, avoiding the need to separate fine and coarse fractions, eliminating reaction products in the form of oxides.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено при газификации твердого топлива.The invention relates to the field of energy and can be used for gasification of solid fuels.

Известен аналог - способ сжигания угольной пыли в вихревой топке - RU 25983628, 19.01.2009, включающий помол, механоактивацию и сжигание, отличающийся тем, что часть угля после помола направляют в камеру дезинтегратора, а затем в горелку подсветки пламени, в то время как основную часть угля после помола напрямую вводят путем инжекции в камеру сгорания вихревой топки, при этом факел пламени горелки подсветки направляют непосредственно в зону между двух воздушных потоков, вращающихся в противоположных направлениях относительно друг друга.A known analogue is a method of burning coal dust in a swirl furnace - RU 25983628, 01/19/2009, including grinding, mechanical activation and combustion, characterized in that part of the coal after grinding is sent to the disintegrator chamber, and then to the flame backlight burner, while the main part of the coal after grinding is directly introduced by injection into the combustion chamber of the vortex furnace, while the flame of the backlight burner is sent directly to the area between two air flows rotating in opposite directions relative to each other.

Недостатком аналога является низкая энергоэффективность, обусловленная большими затратами энергии на механоактивацию, а также низкую экологичность из-за вероятности прохождения окислительных реакций с выделением оксидов углерода и азота.The disadvantage of the analogue is low energy efficiency, due to the large energy costs for mechanical activation, as well as low environmental friendliness due to the likelihood of oxidative reactions with the release of carbon and nitrogen oxides.

Известен аналог - способ сжигания угля, подвергнутого механической и плазменной обработке - RU 2631959, 23.08.2016, принятый в качестве прототипа способа, включающий механическую активацию, воспламенение и сжигание, отличающийся тем, что уголь предварительно дробят и разделяют на мелкодисперсную и крупнодисперсную фракции, из которых мелкодисперсную фракцию угля подвергают механической активации и доводке тонины до размера частиц зерна 40 мкм и менее, затем полученный уголь микропомола вводят тангенциально за счет инжекции в первую газификационную ступень и воспламеняют с помощью стартового плазмотрона, причем ввод осуществляют в направлении, противоположном направлению тангенциального впрыска плазменной струи из стартового плазмотрона, крупнодисперсную фракцию угля, воздушный поток и продукты сгорания угля микропомола из первой газификационной ступени одновременно вводят во вторую газификационную ступень по касательной к ее продольной оси и в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси второй газификационной ступени, пылеугольную смесь воспламеняют с помощью продуктов сгорания угля микропомола, используя теплоту сгорания угля микропомола, при этом эффективность процесса газификации и сжигания пылеугольной смеси во второй газификационной ступени обеспечивают за счет импульсного включения дополнительного управляющего плазмотрона, причем впрыск плазменной струи из дополнительного управляющего плазмотрона осуществляют вдоль оси второй газификационной ступени, перпендикулярно плоскости ввода пылеугольной смеси и в направлении, совпадающем с направлением осевого перемещения продуктов сгорания пылеугольной смеси внутри второй газификационной ступени.A known analogue is a method of burning coal subjected to mechanical and plasma processing - RU 2631959, 08/23/2016, adopted as a prototype of the method, including mechanical activation, ignition and combustion, characterized in that the coal is preliminarily crushed and divided into fine and coarse fractions, from which finely divided coal fraction is subjected to mechanical activation and fine-tuning the fineness to a particle size of 40 microns or less, then the obtained micron grind coal is introduced tangentially by injection into the first gasification stage and ignite using the starting plasma torch, and the input is carried out in the direction opposite to the tangential injection of the plasma jet from the starting plasma torch, the coarse coal fraction, the air flow and coal combustion products from the first gasification stage are simultaneously introduced into the second gasification stage tangentially to it the longitudinal axis and in one plane perpendicular to the longitudinal axis of the second gasification stage, the pulverized coal mixture is ignited using of coal combustion micro-grinding using the heat of combustion of coal micro-grinding, while the efficiency of the gasification and combustion of the pulverized-coal mixture in the second gasification stage is ensured by the pulsed inclusion of the additional control plasma torch, and the plasma jet is injected from the additional control plasma torch along the axis of the second gasification stage, perpendicular to the plane entering the pulverized coal mixture and in the direction coinciding with the direction of axial movement of the products of combustion Ia pulverized coal mixture within the second gasifying stage.

Известен аналог - устройство сжигания угля с применением механической и плазменной обработки - RU 2631959, 23.08.2016, принятое в качестве прототипа устройства, содержащее блок дробления топлива, вихревой канал, сопла для подачи топлива и плазмотроны, связанные между собой блоки первой и второй ступеней газификации, выполненные с обеспечением последовательного прохождения потока топлива и плазмы из блока первой ступени в блок второй ступениA known analogue is a device for burning coal using mechanical and plasma processing - RU 2631959, 08/23/2016, adopted as a prototype of a device containing a fuel crushing unit, a vortex channel, nozzles for supplying fuel and plasmatrons, interconnected units of the first and second stages of gasification made to ensure sequential passage of the flow of fuel and plasma from the block of the first stage to the block of the second stage

Недостатком прототипов является низкая технологичность из-за необходимости разделения на мелкодисперсную и крупнодисперсную фракции, низкая энергоэффективность по причине повышенных энергозатрат на механическую активацию, низкая экологичность из-за наличия оксидов азота и углерода в качестве продуктов процесса, что обусловлено присутствием воздушной смеси при проведении реакций газификации.The disadvantage of prototypes is low manufacturability due to the need for separation into finely divided and coarse fractions, low energy efficiency due to increased energy consumption for mechanical activation, low environmental friendliness due to the presence of nitrogen and carbon oxides as process products, due to the presence of an air mixture during gasification reactions .

Технической задачей изобретения является повышение технологичности, энергоэффективности и экологичности процесса дегазации твердого топлива.An object of the invention is to improve the manufacturability, energy efficiency and environmental friendliness of the process of degassing solid fuels.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении однородности топливной смеси перед подачей в камеру газификации с затратой меньшей энергии, обеспечении газификации с затратой меньшей энергии, обеспечении процесса газификации без продуктов реакций процесса в виде оксидов азота и углерода и примесей, являющихся экологически вредными.The technical result of the invention is to ensure uniformity of the fuel mixture before feeding into the gasification chamber with less energy, providing gasification with less energy, providing a gasification process without the reaction products of the process in the form of nitrogen and carbon oxides and impurities that are environmentally harmful.

Технический результат достигается тем, что способ газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия включает механическую подготовку твердого топлива, содержащую операцию дробления, и две ступени газификации, газификация включает ввод потока подготовленного топлива поперек вихревого канала навстречу плазменной струе, впрыск плазменной струи из дополнительного управляющего плазмотрона вдоль оси вихревого канала, механическую подготовку осуществляют путем многократного соударения кусков топлива об ударные поверхности помольного оборудования и воду с образованием водной эмульсии, на первой ступени газификации в вихревой канал по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала сверху вниз из форсунки подают топливо в виде водной эмульсии, а из зоны противоположного квадранта окружности поперечного сечения вихревого канала по касательной к окружности его поперечного сечения снизу вверх подают струю плазмы, образованную пропусканием через плазмотрон и ионизированием синтез-газа СН4, тем самым обеспечивают образование стоячей волны вихревого смерча, плазменную струю вспомогательного плазмотрона образуют смесью синтез-газа СН4 с водяным паром в соотношении, необходимом для осуществления реакций газификации с выделением синтез газа СН4 и воды, осуществляют окончательную газификацию топлива на второй ступени с использованием плазмотронов в качестве источника энергии.The technical result is achieved by the fact that the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects includes the mechanical preparation of solid fuel containing a crushing operation, and two stages of gasification, gasification includes the input of the flow of prepared fuel across the vortex channel towards the plasma jet, injection of the plasma jet from an additional control plasmatron along the axis of the vortex channel, mechanical preparation is carried out by repeatedly colliding pieces of fuel about b the impact surfaces of the grinding equipment and water with the formation of an aqueous emulsion, fuel in the form of an aqueous emulsion is supplied from the nozzle from the nozzle from top to bottom of the vortex channel tangentially to the vortex channel at the first gasification stage, and tangentially from the opposite quadrant of the vortex channel cross section circumference to the circumference of its cross section is fed upwards from below the plasma jet formed by passing through the plasma torch and ionized synthesis gas of CH 4, thereby providing images Contents of the standing wave vortex tornado plasma jet of the auxiliary torch to form the synthesis gas mixture of CH 4 with water vapor in the ratio required for the gasification reactions to release the synthesis gas of CH 4 and water, is carried out final gasification of the fuel in the second stage with the use of plasma torches as a source of energy.

Технический результат достигается тем, что устройство для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия содержит блок дробления топлива, вихревой канал, форсунку для подачи топлива и плазмотроны, связанные между собой блоки первой и второй ступеней газификации, выполненные с обеспечением последовательного прохождения потока топлива и плазмы из блока первой ступени в блок второй ступени, блок дробления топлива выполнен в виде гидроударного блока мокрого помола и содержит замкнутый объем с движущимися и неподвижными ударными поверхностями, каналы для загрузки твердого топлива и подачи воды в замкнутый объем, а также насос для подачи топлива в виде водной эмульсии из блока дробления в блок первой ступени газификации, плазмотроны блоков газификации представляют из себя паровые плазмотроны с конической межэлектродной камерой и выполнены с обеспечением питания синтез-газом СН4 и паром с возможностью регулировки температуры и расхода плазмы, блок первой ступени газификации выполнен в виде вихревого канала, в котором установлена форсунка подачи топлива в виде водной эмульсии, расположенная с обеспечением подачи топлива по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала сверху вниз, а в зоне противоположного квадранта окружности поперечного сечения вихревого канала установлен плазмотрон с обеспечением подачи струи плазмы по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала снизу вверх, с торца вихревого канала расположен второй плазмотрон с возможностью подачи струи плазмы вдоль вихревого канала, блок второй ступени газификации расположен ниже блока первой ступени газификации и снабжен двумя плазмотронами. Может применяться турбина с приводом от высокоскоростного электродвигателя на магнитных подшипниках для подачи синтез газа СН4 в плазмотроны.The technical result is achieved by the fact that the device for implementing the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects contains a block of crushing fuel, a vortex channel, a nozzle for supplying fuel and plasmatrons, interconnected blocks of the first and second stages of gasification, made to ensure consistent flow fuel and plasma from the first stage block to the second stage block, the fuel crushing block is made in the form of a wet grinding wet blast block and contains a curved volume with moving and stationary shock surfaces, channels for loading solid fuel and supplying water to a closed volume, as well as a pump for supplying fuel in the form of an aqueous emulsion from the crushing unit to the unit of the first gasification stage, the plasma torches of the gasification units are steam plasmatrons with a conical transconductance chamber and operable to supply synthesis gas CH4 and steam, with the temperature control and plasma flow, the block first gasification stage is designed as a vortex channel in a the torus has a fuel supply nozzle in the form of an aqueous emulsion, which is arranged to supply fuel in a tangent to the circumference of the vortex channel cross section from top to bottom, and in the area of the opposite quadrant of the vortex channel cross section circumference, a plasma torch is installed to ensure the plasma jet is tangential to the circumference of the vortex channel cross section channel from the bottom up, from the end of the vortex channel there is a second plasmatron with the possibility of supplying a plasma jet along the vortex channel, the block of the second tim gasification unit is located below the first gasification stage and provided with two plasma torches. A turbine driven by a high-speed electric motor with magnetic bearings can be used to supply CH 4 synthesis gas to the plasma torches.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия.In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение вихревого канала.In FIG. 2 shows a cross section of a vortex channel.

Устройство для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия, схема которой представлена на фиг. 1, содержит блок дробления топлива 1, вихревой канал 2, форсунка 3 для подачи топлива и плазмотроны 4, 14, 15, связанные между собой блоки первой 5 и второй 6 ступеней газификации, выполненные с обеспечением последовательного прохождения потока топлива и плазмы из блока первой ступени 5 в блок второй ступени 6, блок дробления топлива 1 содержит замкнутый объем с движущимися 7 и неподвижными 8 ударными поверхностями, каналы для загрузки твердого топлива 9 и подачи воды 10 в замкнутый объем, а также насос 11 для подачи топлива в виде водной эмульсии из блока дробления 1 в блок 5 первой ступени газификации, плазмотроны 4 блоков газификации 5, 6 представляют из себя паровые плазмотроны с конической межэлектродной камерой и выполнены с обеспечением питания синтез-газом СН4 и паром с возможностью регулировки температуры и расхода плазмы, блок 5 первой ступени газификации выполнен в виде вихревого канала 2, в котором установлена форсунка 3 подачи топлива в виде водной эмульсии, расположенная с обеспечением подачи топлива по касательной к окружности 12 поперечного сечения вихревого канала 2 сверху вниз (фиг. 2), а в зоне противоположного квадранта 13 окружности 12 поперечного сечения вихревого канала 2 установлен плазмотрон 4 с обеспечением подачи струи плазмы по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала снизу вверх, с торца вихревого канала 2 расположен второй плазмотрон 14 с возможностью подачи струи плазмы вдоль вихревого канала 2, блок второй ступени газификации 6 расположен ниже блока первой ступени газификации 5 и снабжен двумя плазмотронами 15.A device for implementing the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects, a diagram of which is shown in FIG. 1, contains a fuel crushing unit 1, a vortex channel 2, a nozzle 3 for supplying fuel, and plasmatrons 4, 14, 15, interconnected blocks of the first 5 and second 6 gasification stages, made to ensure consistent passage of the fuel and plasma flow from the first stage block 5 to the second stage unit 6, the fuel crushing unit 1 contains a closed volume with moving 7 and fixed 8 impact surfaces, channels for loading solid fuel 9 and supplying water 10 to the closed volume, and also a pump 11 for supplying fuel in the form of an aqueous emulsion from crushing 1 into block 5 of the first gasification stage, plasmatrons 4 of gasification blocks 5, 6 are steam plasmatrons with a conical interelectrode chamber and are configured to be powered by CH 4 synthesis gas and steam with the possibility of adjusting the temperature and plasma flow, block 5 of the first stage gasification is made in the form of a vortex channel 2, in which a fuel supply nozzle 3 is installed in the form of an aqueous emulsion, which is arranged to provide fuel supply tangentially to the circumference 12 of the cross section of the vortex channel 2 from above bottom (FIG. 2), and in the zone of the opposite quadrant 13 of the circumference 12 of the cross section of the vortex channel 2, a plasmatron 4 is installed to provide a plasma jet tangentially to the circumference of the cross section of the vortex channel from the bottom up, from the end of the vortex channel 2 there is a second plasma torch 14 with the possibility of supplying a plasma jet along vortex channel 2, the block of the second stage of gasification 6 is located below the block of the first stage of gasification 5 and is equipped with two plasmatrons 15.

Рассмотрим пример конкретной реализации устройства для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия. Устройство в примере конкретной реализации предназначено для газификации угля и генерации электрической энергии сжиганием синтез-газа CH4 в газогенераторе. Блок дробления топлива 1 состоит из бункера угля, дозатора угля, помольного агрегата, металлоотделителя, насоса 11, а также шкафа управления. Производительность блока дробления составляет до 5 тонн угля в час. В качестве плазмотронов 4, 14, 15 используются электродуговые плазмотроны постоянного тока ЭДП-145. Для подачи синтез газа СН4 в плазмотроны 4, 14, 15 применяется турбина с высокоскоростным электродвигателем на магнитных подшипниках со скоростью вращения до 20000 об/минуту. Магнитные подшипники снижают потери энергии при обеспечении высоких оборотов, необходимых для обеспечения высокого расхода газа. Все процессы загрузки, активации плазмотронов, удержание плазмы, контроль плазмы с помощью газоанализатора, скорость плазмы, образование и качество синтез газа, охлаждение, автоматизированы с применением промышленного компьютера Адвентич. Корпус устройства газификации сделан по принципу высоковакуумной-высокотемпературной камеры, все фланцы изготовлены с охлаждающими каналами, корпус имеет рубашку охлаждения. Соединительные уплотнения изготовлены из вакуумной резины, которая не пропускает даже запаха горения. С торца вихревого канала 2 расположен второй плазмотрон 14 с возможностью подачи струи плазмы вдоль вихревого канала 2. Данным плазмотроном при необходимости можно добавить нужные реагенты, воду или синтез газ, и увеличить температуру до необходимых значений. Поток плазмы этого плазмотрона давит на плазменный бублик, образованный вихревым смерчем, получаемым ионизированным газом плазмотрона 4 и топлива из форсунки 3, вытягивая струю плазму вдоль вихревого канала 2 во вторую ступень газификации 6. Во второй ступени газификации 6 предусмотрен блок капсуляции, в который при необходимости можно подать песок SiO2 и сплавить с углеродом, получив при этом инертный безопасный продукт - Обсидиан. Вторая ступень газификации 6 необходима для газификации непрореагировавшего топлива вследствие возможной подачи некондиционного топлива, либо повышенного содержания водной составляющей.Consider an example of a specific implementation of a device for implementing the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects. The device in the example of a specific implementation is intended for gasification of coal and generation of electric energy by burning CH 4 synthesis gas in a gas generator. The fuel crushing unit 1 consists of a coal hopper, a coal dispenser, a grinding unit, a metal separator, a pump 11, as well as a control cabinet. The crushing unit capacity is up to 5 tons of coal per hour. As plasma torches 4, 14, 15 electric arc plasma torches of a direct current EDP-145 are used. A turbine with a high-speed electric motor with magnetic bearings with a rotation speed of up to 20,000 rpm is used to supply the CH 4 synthesis gas to the plasmatrons 4, 14, 15. Magnetic bearings reduce energy loss while maintaining the high speeds needed to ensure high gas flow rates. All processes of loading, activation of plasmatrons, plasma confinement, plasma control using a gas analyzer, plasma velocity, formation and quality of gas synthesis, cooling, are automated using Advent industrial computer. The body of the gasification device is made on the principle of a high-vacuum-high-temperature chamber, all flanges are made with cooling channels, the body has a cooling jacket. Connecting seals are made of vacuum rubber, which does not allow even the smell of burning. At the end of the vortex channel 2, there is a second plasmatron 14 with the possibility of supplying a plasma jet along the vortex channel 2. With this plasmatron, if necessary, you can add the necessary reagents, water or synthesis gas, and increase the temperature to the required values. The plasma flow of this plasmatron presses on the plasma donut formed by a vortex tornado received by the ionized gas of the plasmatron 4 and fuel from the nozzle 3, drawing a plasma jet along the vortex channel 2 into the second gasification stage 6. In the second gasification stage 6, a capsule block is provided, into which, if necessary sand SiO 2 can be supplied and fused with carbon, thus obtaining an inert safe product - Obsidian. The second stage of gasification 6 is necessary for gasification of unreacted fuel due to the possible supply of substandard fuel, or an increased content of the water component.

Рассмотрим пример реализации способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия. Твердый уголь загружают в блок дробления 1. В блок дробления 1 подводят воду. Для дробления угля путем соударения его частиц об ударные поверхности помольного оборудования, которым является блок дробления, тратиться в 5 раз меньше энергии, чем в установках, в которых осуществляется перемалывание угля сжатием и затем механоактивация для ввода в камеру газификации равномерного гомогенного потока топлива. Несжимаемая жидкость вода, участвующая в процессе дробления, передает энергию ударных элементов перемалываемым частицам угля, что также позволяет снизить затраты энергии на перемалывание. Применение гидроударного блока мокрого помола обеспечивает получение очень тонкого помола до 10-20 мкм с одновременной активацией в одной среде - соединяется уголь с водой с образованием очень текучей пластичной гомогенной смеси. Благодаря этому процессы газификации проходят равномерно без скачков напряжения и давления, что повышает технологичность процесса. Кроме этого технология мокрого дробления обеспыливает помещение, чем повышает технологичность, исключая необходимость организации специальных мер по защиты оборудования и других помещений от пыли. Вода в составе эмульсии, направляемой на газификацию является источником водорода, который при реакции газификации обеспечивает получение синтез-газа СН4. А также вода обеспечивает гомогенность смеси, подаваемой на газификацию, исключая необходимость расхода энергию на дополнительную механоактивацию, присутствующую в способах-аналогах. Для обеспечения газификации такого топлива применены паровые плазмотроны, которые обеспечивают работу в присутствии водяного пара, а также обеспечивают добавление в состав ионизируемой смеси кроме синтез газа СН4 воды. Это позволяет исключить необходимость добавления кислорода или воздуха для обеспечения реакций газификации, что обеспечивает высокую экологичность процесса, так как среди продуктов реакций в этом случае нет экологически вредных оксидов углерода и азота. Благодаря подаче в вихревой канал 2 по касательной к окружности 12 поперечного сечения вихревого канала сверху вниз из форсунки 3 топлива в виде водной эмульсии, а из зоны противоположного квадранта окружности поперечного сечения вихревого канала по касательной к окружности 12 его поперечного сечения снизу вверх струи плазмы, образуется стоячая волна вихревого смерча, которая характеризуется большими напряжением и температурой в жерле плазмы до 35000°С. Благодаря этому реакции газифицирования С+H2O=СО+Н2, СО+3Н2=СН4+H2O ускоряются. Это приводит к увеличению производительности устройства без значительного увеличения вклада внешней энергии, повышая тем самым энергоэффективность процесса. Ускорение прохождения реакций и большая температура исключает возникновение нежелательных промежуточных реакций с образованием ненужных вредных продуктов и примесей, тем самым повышая экологичность процесса. При наличии промежуточных реакциях, продукты которых не успели бы прореагировать, возможно появление копоти, загрязнение оборудования. Благодаря повышенной температуре и давлению в вихревом смерче это исключается, повышая технологичность процесса - не нужно чистить оборудование и предусматривать для этого дополнительные меры. Все вещества при этом диссоциируют безотходно, на 1000 кг вещества до 1 кг отходов - конструкционный углерод - белый пепел. Плазменную струю вспомогательного плазмотрона образуют смесью синтез-газа СН4 с водяным паром в соотношении, необходимом для осуществления реакций газификации с выделением синтез газа СН4 и воды, чем обеспечивают простой контроль за эффективностью процесса, повышая тем самым его технологичность.Consider an example of the implementation of the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects. Hard coal is loaded into the crushing unit 1. Water is supplied to the crushing unit 1. To crush coal by impacting its particles on the impact surfaces of grinding equipment, which is a crushing unit, 5 times less energy is spent than in plants where coal is crushed by compression and then mechanically activated to introduce a uniform homogeneous fuel flow into the gasification chamber. An incompressible liquid, the water involved in the crushing process, transfers the energy of the shock elements to the milled coal particles, which also reduces the energy costs of grinding. The use of a wet blasting block of wet grinding provides very fine grinding up to 10-20 microns with simultaneous activation in one medium - coal is combined with water to form a very fluid plastic homogeneous mixture. Due to this, gasification processes proceed uniformly without voltage and pressure surges, which increases the processability. In addition, the technology of wet crushing dedusts the room, thereby increasing manufacturability, eliminating the need for special measures to protect equipment and other rooms from dust. Water in the composition of the emulsion directed to gasification is a source of hydrogen, which during the gasification reaction provides synthesis gas CH 4 . And also water ensures the homogeneity of the mixture supplied to gasification, eliminating the need for energy consumption for additional mechanical activation, which is present in the analogous methods. To ensure the gasification of such fuel, steam plasmatrons are used, which ensure operation in the presence of water vapor, and also add water to the ionized mixture in addition to the synthesis of CH 4 gas. This eliminates the need to add oxygen or air to ensure gasification reactions, which ensures high environmental friendliness of the process, since among the reaction products in this case there are no environmentally harmful carbon and nitrogen oxides. Due to the flow into the vortex channel 2 tangentially to the circumference 12 of the vortex channel cross-section from the nozzle 3 of the fuel in the form of an aqueous emulsion, and from the zone of the opposite quadrant of the circumference of the vortex channel cross section tangentially to the circle 12 of its cross section from the bottom up, the plasma jet is formed a standing wave of a whirlwind tornado, which is characterized by high voltage and temperature in the plasma vent up to 35000 ° С. Due to this, gasification reactions C + H 2 O = CO + H 2 , CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O are accelerated. This leads to an increase in the productivity of the device without a significant increase in the contribution of external energy, thereby increasing the energy efficiency of the process. The acceleration of reactions and the high temperature eliminates the occurrence of undesirable intermediate reactions with the formation of unnecessary harmful products and impurities, thereby increasing the environmental friendliness of the process. In the presence of intermediate reactions, the products of which would not have time to react, the appearance of soot, contamination of equipment. Due to the increased temperature and pressure in the whirlwind, this is eliminated, increasing the manufacturability of the process - there is no need to clean the equipment and provide for additional measures. In this case, all substances dissociate without waste, per 1000 kg of substance up to 1 kg of waste - structural carbon - white ash. The plasma jet of the auxiliary plasmatron is formed by a mixture of CH 4 synthesis gas with water vapor in the ratio necessary for gasification reactions to produce CH 4 synthesis gas and water, which provide simple control over the efficiency of the process, thereby increasing its manufacturability.

Claims (3)

1. Способ газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия, включающий механическую подготовку твердого топлива, содержащую операцию дробления, и две ступени газификации, газификация включает ввод потока подготовленного топлива поперек вихревого канала навстречу плазменной струе, впрыск плазменной струи из дополнительного управляющего плазмотрона вдоль оси вихревого канала, отличающийся тем, что механическую подготовку осуществляют путем многократного соударения кусков топлива об ударные поверхности помольного оборудования и воду с образованием водной эмульсии, на первой ступени газификации в вихревой канал по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала сверху вниз из форсунки подают топливо в виде водной эмульсии, а из зоны противоположного квадранта окружности поперечного сечения вихревого канала по касательной к окружности его поперечного сечения снизу вверх подают струю плазмы, образованную пропусканием через плазмотрон и ионизированием синтез-газа СН4, тем самым обеспечивают образование стоячей волны вихревого смерча, плазменную струю вспомогательного плазмотрона образуют смесью синтез-газа СН4 с водяным паром в соотношении, необходимом для осуществления реакций газификации с выделением синтез газа СН4 и воды, осуществляют окончательную газификацию топлива на второй ступени с использованием плазмотронов в качестве источника энергии.1. The method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects, including the mechanical preparation of solid fuel, containing the operation of crushing, and two stages of gasification, gasification includes the introduction of the flow of prepared fuel across the vortex channel towards the plasma jet, injection of the plasma jet from an additional control plasma torch along the axis vortex channel, characterized in that the mechanical preparation is carried out by repeatedly impacting pieces of fuel on shock surfaces on the first stage of gasification, fuel is supplied in the form of an aqueous emulsion from the nozzle from top to bottom from the nozzle of the opposite quadrant of the circumference of the cross section of the vortex channel tangential to the circle its cross section is fed upwards from below the plasma jet formed by passing through the plasma torch and ionized synthesis gas of CH 4, thereby provide for the formation of a standing wave s whirling a tornado, the plasma jet of the auxiliary torch to form the synthesis gas mixture of CH 4 with water vapor in the ratio required for the gasification reactions to release the synthesis gas of CH 4 and water, is carried out final gasification of the fuel in the second stage with the use of plasma torches as a source of energy. 2. Устройство для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия, содержащее блок дробления топлива, вихревой канал, форсунку для подачи топлива и плазмотроны, связанные между собой блоки первой и второй ступеней газификации, выполненные с обеспечением последовательного прохождения потока топлива и плазмы из блока первой ступени в блок второй ступени, отличающееся тем, что блок дробления топлива выполнен в виде гидроударного блока мокрого помола и содержит замкнутый объем с движущимися и неподвижными ударными поверхностями, каналы для загрузки твердого топлива и подачи воды в замкнутый объем, а также насос для подачи топлива в виде водной эмульсии из блока дробления в блок первой ступени газификации, плазмотроны блоков газификации представляют из себя паровые плазмотроны с конической межэлектродной камерой и выполнены с обеспечением питания синтез-газом СН4 и паром с возможностью регулировки температуры и расхода плазмы, блок первой ступени газификации выполнен в виде вихревого канала, в котором установлена форсунка подачи топлива в виде водной эмульсии, расположенная с обеспечением подачи топлива по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала сверху вниз, а в зоне противоположного квадранта окружности поперечного сечения вихревого канала установлен плазмотрон с обеспечением подачи струи плазмы по касательной к окружности поперечного сечения вихревого канала снизу вверх, с торца вихревого канала расположен второй плазмотрон с возможностью подачи струи плазмы вдоль вихревого канала, блок второй ступени газификации расположен ниже блока первой ступени газификации и снабжен двумя плазмотронами.2. A device for implementing a method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects, containing a block of crushing fuel, a vortex channel, a nozzle for supplying fuel and plasmatrons, interconnected blocks of the first and second stages of gasification, made to ensure consistent passage of the flow of fuel and plasma from a block of the first stage to a block of the second stage, characterized in that the block of crushing fuel is made in the form of a hydraulic hammer block of wet grinding and contains a closed volume with two burning and fixed shock surfaces, channels for loading solid fuel and supplying water to a closed volume, as well as a pump for supplying fuel in the form of an aqueous emulsion from the crushing unit to the first stage of gasification, the plasma torches of the gasification units are steam plasmatrons with a conical interelectrode chamber and made with the supply of synthesis gas CH 4 and steam with the possibility of adjusting the temperature and plasma flow, the block of the first stage of gasification is made in the form of a vortex channel in which is installed and a fuel supply nozzle in the form of an aqueous emulsion, arranged to supply fuel tangentially to the circumference of the vortex channel cross section from top to bottom, and in the area of the opposite quadrant of the vortex channel cross section circumference, a plasma torch is installed to ensure the plasma jet is tangential to the circumference of the vortex channel cross section from the bottom up, from the end of the vortex channel there is a second plasmatron with the possibility of supplying a plasma jet along the vortex channel, the block of the second gasification stage Position the lower unit of the first gasification stage and provided with two plasma torches. 3. Устройство для осуществления способа газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия по п. 2, отличающееся тем, что имеется турбина с приводом от высокоскоростного электродвигателя на магнитных подшипниках для подачи синтез-газа СН4 в плазмотроны.3. A device for implementing the method of gasification of solid fuel using mechanical and plasma effects according to claim 2, characterized in that there is a turbine driven by a high-speed electric motor with magnetic bearings for supplying CH 4 synthesis gas to the plasma torches.
RU2019104655A 2019-02-19 2019-02-19 Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation RU2705131C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104655A RU2705131C1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation
KR1020200014163A KR102233238B1 (en) 2019-02-19 2020-02-06 Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104655A RU2705131C1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2705131C1 true RU2705131C1 (en) 2019-11-05

Family

ID=68500873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019104655A RU2705131C1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102233238B1 (en)
RU (1) RU2705131C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU233230U1 (en) * 2025-01-16 2025-04-11 Дмитрий Геннадиевич Алифиренко GAS GENERATOR

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102589537B1 (en) 2021-05-20 2023-10-17 윤원섭 Hydrogen production system using waste incineration facilities
JP2025176362A (en) * 2024-05-21 2025-12-04 株式会社Helix heating device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047650C1 (en) * 1993-09-28 1995-11-10 Акционерное общество "Трансрегион" Plasmothermic method of coal processing to the gas-synthesis
RU2138335C1 (en) * 1998-04-17 1999-09-27 Институт горного дела СО РАН Method of preparation of water-and-coal suspension and rotary hydraulic impact apparatus for realization of this method
RU2171431C1 (en) * 2000-11-30 2001-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмотехБайкал" Two-stage method for thermal preparation of pulverized fuel and installation for its realization
RU2233312C1 (en) * 2002-12-16 2004-07-27 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Гидротрубопровод" Method of production of synthesis gas from water-and-carbon suspension
RU2294354C2 (en) * 2005-01-17 2007-02-27 Анатолий Тимофеевич Неклеса Method of plasma thermal processing of organic fuel and plant for realization of this method
RU2631959C1 (en) * 2016-08-23 2017-09-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method of coal combustion, subjected to mechanical and plasma treatment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5749700A (en) * 1996-07-17 1998-05-12 Allison Engine Company, Inc. High speed, high temperature hybrid magnetic thrust bearing
JP2001059092A (en) 1999-08-23 2001-03-06 Babcock Hitachi Kk Gas flow bed coal gasifier
JP2001214178A (en) 2000-02-02 2001-08-07 Ube Ammonia Kogyo Kk Method and apparatus for recovering unburned carbon in gasification of solid fuel
JP2002275478A (en) 2001-03-16 2002-09-25 Chubu Electric Power Co Inc Method for coal liquefaction
KR20130136227A (en) * 2012-06-04 2013-12-12 한국기초과학지원연구원 Plasma gasification apparatus for integrated gasification combined cycle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047650C1 (en) * 1993-09-28 1995-11-10 Акционерное общество "Трансрегион" Plasmothermic method of coal processing to the gas-synthesis
RU2138335C1 (en) * 1998-04-17 1999-09-27 Институт горного дела СО РАН Method of preparation of water-and-coal suspension and rotary hydraulic impact apparatus for realization of this method
RU2171431C1 (en) * 2000-11-30 2001-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмотехБайкал" Two-stage method for thermal preparation of pulverized fuel and installation for its realization
RU2233312C1 (en) * 2002-12-16 2004-07-27 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Гидротрубопровод" Method of production of synthesis gas from water-and-carbon suspension
RU2294354C2 (en) * 2005-01-17 2007-02-27 Анатолий Тимофеевич Неклеса Method of plasma thermal processing of organic fuel and plant for realization of this method
RU2631959C1 (en) * 2016-08-23 2017-09-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method of coal combustion, subjected to mechanical and plasma treatment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU233230U1 (en) * 2025-01-16 2025-04-11 Дмитрий Геннадиевич Алифиренко GAS GENERATOR

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200101843A (en) 2020-08-28
KR102233238B1 (en) 2021-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6207524B2 (en) Microwave plasma biomass spouted bed gasifier and method
EP0460103B1 (en) Method and apparatus for heat processing glass batch materials
EP3075817A1 (en) Process and system for coupling pressurized pyrolysis of biomasses
US3446014A (en) Pulverizer
RU2705131C1 (en) Method for gasification of solid fuel using mechanical and plasma action and device for its implementation
CN102980209B (en) Plasma catalysis ignition integrated nozzle
US2441613A (en) Method and apparatus for pulverizing and processing materials
US2550390A (en) Method for treating fuel
CN102145312B (en) Protective gas airtight circulation crushing apparatus and crushing process
US3649189A (en) Preparation of finely particulate silicon oxides
US5114122A (en) Apparatus for heat processing glass batch materials
JP5068493B2 (en) Combustion method of burner and powder combustible material, and melting and refining method of cold iron source
RU2230981C2 (en) Coal combustion process
US10550731B2 (en) Systems and methods for generating steam by creating shockwaves in a supersonic gaseous vortex
CA1233431A (en) Method and means for partial combustion and gasification of carbonaceous material
JP2007275849A (en) Jet mill and jet pulverizing method
RU2062287C1 (en) Method and aggregate for coal gasification
WO2015115354A1 (en) Gasification melting facility
RU2631959C1 (en) Method of coal combustion, subjected to mechanical and plasma treatment
CN116892727A (en) A dual-fluid fuel plasma nuclear energy and chemical energy composite burner
RU2666417C2 (en) Installation for generation gas production
RU2493487C1 (en) Device for gasification of loose fine-dispersed carbon-containing raw materials and granulated biosludges
JP2003340308A (en) Fine powder manufacturing method using jet grinder
CN1078907C (en) Coal gasification method and its equipment
RU2658450C1 (en) Method of flaring of low-grade coals in boiler installations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210220